第四章海洋的形成

1、氟利昂氟利昂 又名氟里昂，氟氯烃 英文：freon 几种氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称 。 氟里昂在常温下都是无色气体或易挥发液体，略有香味，低毒，化学性质稳定。其中最重要的是二氯二氟甲烷CCl2F2（F-12）。二氯二氟甲烷在常温常压下为无色气体；熔点158 ，沸点29.8，密度1.486克厘米（30）；稍溶于水，易溶于乙醇、乙醚；与酸、碱不反应。二氯二氟甲烷可由四氯化碳与无水氟化氢在催化剂存在下反应制得，反应产物主要是二氯二氟甲烷，还有CCl3F和CClF3，可通过分馏将CCl2F2分离出来。氟利昂的作用氟利昂的作用 氟利昂主要用作制冷剂。它们的商业代号F表示氟代烃，第一个数字等于碳原子数减

2、1（如果是零就省略），第二个数字等于氢原子数加1，第三个数字等于氟原子数目，氯原子数目不列。由于氟利昂可能破坏大气臭氧层，已限制使用。目前地球上已出现很多臭氧层漏洞，有些漏洞已超过非洲面积，其中很大的原因是因为氟利昂的化学物质。 氟利昂的危害氟利昂的危害 氟利昂是臭氧层破坏的元凶，它是20世纪20年代合成的，其化学性质稳定，不具有可燃性和毒性，被当作制冷剂、发泡剂和清洗剂，广泛用于家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等领域。20世纪80年代后期，氟利昂的生产达到了高峰，产量达到了144万吨。在对氟利昂实行控制之前，全世界向大气中排放的氟利昂已达到了2000万吨。由于它们在大气中的平均

3、寿命达数百年，所以排放的大部分仍留在大气层中，其中大部分仍然停留在对流层，一小部分升入平流层。在对流层相当稳定的氟利昂，在上升进入平流层后，在一定的气象条件下，会在强烈紫外线的作用下被分解，分解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应，不断破坏臭氧分子。 氟利昂的危害氟利昂的危害 根据资料，2003年臭氧空洞面积已达2500万平方公里。臭氧层被大量损耗后，吸收紫外线辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线明显增加，给人类健康和生态环境带来多方面的危害。据分析，平流层臭氧减少万分之一，全球白内障的发病率将增加0.6-0.8%，即意味着因此引起失明的人数将增加1万到1.5万人。 氟利昂的危害氟利昂的

4、危害 一个氯氟利昂分子就能破坏多达10万个臭氧分子。即一千克氟利昂可以捕捉消灭约七万千克臭氧。 氟利昂的危害氟利昂的危害 由于世界各主要工业国家多位北半球，因此北半球大气中CFCs的平均浓度较南半球高。CFCs排出后在大气中迅速扩散，但南北两半球的大气，要穿越赤道完全混合，需时约2年。北半球大气中CFCs的平均年增率为4-5%，而南半球CFCs的平均浓度则较北半球约低8-10%，故南半球的CFCs大约也刚好是以落后北半球2年的时间，而以相同的速率在增加中。积存在对流层的大量CFCs，会随着大气运动进入平流层。对流层上部是对流层顶，对流层顶的高度各地并不相同，因季节和纬度而异，在赤道附近最高，约

5、18公里；在高纬度的两极，只有8公里左右，而且夏季比冬季略高。由于各地对流层顶高度不同，在纬度30度左右的副热带地区，产生不连续现象，对流层顶缺口（青藏高原也位于30度地区）。在这个缺口处，上下层空气混合非常强烈，CFCs等物质便因而趁隙进入平流层。 气溶胶 英文名称： aerosol 悬浮在大气中的固态粒子或液态小滴物质的统称。 气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。它们能作为水滴和冰晶的凝结核（见大气凝结核、大气冰核）、太阳辐射的吸 收体和散射体，并参与各种化学循环，是大气的重要组成部分。雾、烟、霾、轻雾(霭)、微尘和烟雾等,都是天然的或人为的原因造成的大气气溶胶。 气溶胶的消除：主要

6、靠大气的降水、小粒子间的碰并、凝聚、聚合和沉降过程。 气溶胶与全球变暖气溶胶与全球变暖 散布在大气中的气溶胶微粒对太阳光具有反射效应，进而可以“遮蔽”全球变暖的影响。 温跃层 中文名称：温跃层 英文名称：thermocline 海水温度垂直梯度突变的水层。 温跃层 温跃层（温跃层（Thermocline）是位于海面以下100200 米左右的、温度和密度有巨大变化的薄薄一层，是上层的薄暖水层与下层的厚冷水层间出现水温急剧下降的层。 温跃层 由于在开阔海域，盐度几乎是稳定的，而压力对密度只有很轻微的影响，因此温度就成为影响海水密度的一个最重要的因素。大洋表面的海水温度较高，因此它的密度就比深处的冷

7、水要小。 温度和密度在温跃层发生迅速变化温度和密度在温跃层发生迅速变化，使得温跃层成为生物以及海水环流的一个重要分界面。 .碳循环、碳库(carbon reservior)、碳源(carbon source)、碳汇(carbon sink)、碳收集与存储(carbon capture and storage) 碳循环碳循环 碳元素是构成地球生命所必须的化学元素之一，所有生物体内均含有一定数量的碳，除此之外，碳元素还以不同的形式广泛分布在地球的土壤、岩石、水与空气当中。碳的分布不是一成不变的，存在于自然界空气、土壤、水体甚至岩石当中的碳被各种细菌、水藻以及植物吸收，从而进入生物圈，并通过捕食等行

8、为在不同生命之间交换。当生命结束，生物体内存留的碳又重新被释放，回归到大自然。随着生物的生灭，碳元素主要以CO2的形态在地球生物圈、土壤圈、岩石圈、水圈以及大气圈之间不断的交换循环，这便是碳循碳循环环。 碳库碳库 碳元素汇集的地方被称作碳库碳库 碳源碳源 在循环过程中，碳从一个碳库转移到另外一个，通过碳库在一定时间内所吸收和释放的碳的数量对比，可以对该碳库进行功能上的分类。在确定的时间范围内，当一个碳库对于碳的释放量大于吸收量，该碳库被视为碳源碳源 碳汇碳汇 与之相反，当碳库的碳吸收量大于碳释放量，该碳库即被视为碳汇碳汇。地球上最大的碳库是海洋 其碳储量碳储量大约是38000Gt(1Gt=10

9、(9次方)t吨)，其次是陆地生态系统，碳储量碳储量为2500Gt。大气当中的碳储量碳储量约为750Gt，而与此同时，大气圈与生物圈（包括海洋和陆地生态系统）之间的碳循环量则在平均每年160Gt左右，相当于大气总含碳量的21.3%。正因为如此，陆地和海洋生态系统当中碳源与碳汇的微小变化都会给大气当中的碳（主要是CO2）含量带来重大影响。 u自然界当中最大的两个碳汇一是海洋水体（吸收CO2）二是植物与藻类（光合作用吸收CO2）。 人类行为，诸如化石燃料的使用以及土地利用的改变，可以打破生物圈与大气圈之间的碳循环，将陆地碳汇的碳循环转为纯粹的碳释放，使陆地生态系统在总体上由碳汇转为碳源，海洋的碳汇能

10、力也被削弱，其结果就是大气中碳含量（以CO2为主）的净增。另一方面，人类其他行为也可以产生少量碳汇，其中最主要的是垃圾填埋，此外就是碳收集与存储碳收集与存储。温盐环流 英文名：Thermohaline Current 缩写：THC 温盐环流，又称“输送洋流”、“深海环流”等，是一个依靠海水的温度和含盐密度驱动的全球洋流循环系统。这个系统的运作现况是，以风力驱动的海面水流如墨西哥湾暖流等将赤道的暖流带往北大西洋，暖流在高纬度处被冷却后下沈到海底，这些高密度的水接着流入洋盆南下前往其他的暖洋位加热循环，一次温盐循环耗时大约1600年，在这个过程中洋流运输的不单是能量（温度 / 热能），当中还包括地

11、球固态及气体资源等，不过温盐环流最受人类关注的是其全球恒温的功能。温盐环流推测主要是由于北大西洋及南冰洋之间的盐分及温差对流而触发的。温盐环流 大西洋温盐环流，就像一条将热能从赤道送往北大西洋的传送带：来自赤道的温暖海水借由沿岸的湾流不断向北移动， 大西洋温盐环流途中海水释放出热量，逐渐变冷，再加上不断的蒸发使海水的盐度增加。因此，越往北海水越冷越咸，因此也越重，最后终于在北大西洋沉入深海，而这部分原本温暖的赤道海水也变成了又冷又咸的北大西洋深层海水。至此，温盐环流继续向南移动，沿南大西洋、南极洲流进印度洋，最终又回到赤道，完成所谓的“环流”。 大西洋温盐环流，就像一条将热能从赤道送往北大西洋

12、的传送带：来自赤道的温暖海水借由沿岸的湾流不断向北移动，途中海水释放出热量，逐渐变冷，再加上不断的蒸发使海水的盐度增加。因此，越往北海水越冷越咸，因此也越重，最后终于在北大西洋沉入深海，而这部分原本温暖的赤道海水也变成了又冷又咸的北大西洋深层海水。温盐环流 成因：由于北大西洋的海水受到北极极区较冰冷海水影响，使得密度大于一般海水，因此产生一股强大向下沉的力量。使得这修温度低盐度大密度大的海水，从北大西洋开始下降，开始了这伟大的深海旅程。意义 根据各种气候模式分析，全球变暖将使海洋温度上升，加快冰山融化，使更多的淡水流入海洋，而海洋表面温度的升高及海水盐度的减小可能让温盐环流减缓甚至完全停滞，没

13、有温盐环流，来自赤道的热能将无法被传送到北大西洋地区，即北美东部和西欧会变冷。 意义 如果没有了温盐环流，来自赤道的热能将无法被传送到北大西洋地区，这样一来，北美东部和西欧会变冷，而地球的其他部分则会越来越热。而科学家们现在还不知道这种“变冷”能在多大程度上与大气的“变暖”相中和。 海洋大气界面气体交换 u海气界面的气体交换可由两种模型描述气体交换薄层模型海气交换双膜模型 气体交换薄层模型 海气交换双膜模型 界面层厚度Z Fick扩散定律 浓度梯度 分子扩散知识 海洋中非活性气体 影响非活性气体的过程 海水中的氮 海洋中的惰性气体 海洋中的溶解氧 太平洋、大西洋和印度洋中，上层氧浓度由氧在海水

14、中溶解度决定。特点是存在氧浓度最小层和深水层氧浓度相对较高，这是生物耗氧和极区水迁移的结果。 海洋中的溶解氧 溶解氧的分布 影响氧分布的各种过程 补偿深度 中文名称：补偿深度 英文名称：compensation depth 光合作用固定的有机碳量与24h内植物消耗量相等的深度。 化学需氧量 中文名称：化学需氧量 英文名称：chemical oxygen demand;COD 水中有机物和还原性物质被化学氧化剂氧化所消耗的氧化剂量，折算成每升水样消耗氧的毫克数，用mg/L表示。该指标主要反映水体受有机物污染的程度。 化学需氧量（COD）的测定 随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同，其测定值

15、也有不同。目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。高锰酸钾（KmnO4）法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对比较值时，可以采用。重铬酸钾（K2Cr2O7）法，氧化率高，再现性好，适用于测定水样中有机物的总量。 化学需氧量 在饮用水的标准中类和类水化学需氧量(COD)15、类水化学需氧量(COD)20、类水化学需氧量(COD)30、类水化学需氧量(COD) 40。COD的的数值越大表明水体的污染情况越严重。 化学需氧量（COD）的测定 重铬酸盐法重铬酸盐法 化学需氧量测定的标准方法以我国标准GB/T11914水质化学需氧量的测定重铬酸盐法和国际标准ISO6060

16、水质 化学需氧量的测定为代表，该方法氧化率高，再现性好，准确可靠，成为国际社会普遍公认的经典标准方法。 重铬酸盐法重铬酸盐法测定原理 其测定原理为：在硫酸酸性介质中，以重铬酸钾为氧化剂，硫酸银为催化剂，硫酸汞为氯离子的掩蔽剂，消解反应液硫酸酸度为9mol/L，加热使消解反应液沸腾，1482的沸点温度为消解温度。以水冷却回流加热反应反应2h，消解液自然冷却后，以试亚铁灵为指示剂，以硫酸亚铁铵溶液滴定剩余的重铬酸钾，根据硫酸亚铁铵溶液的消耗量计算水样的COD 值。所用氧化剂为重铬酸钾，而具有氧化性能的是六价铬，故称为重铬酸盐法。 重铬酸盐法重铬酸盐法测定 回流装置占的实验空间大，水、电消耗较大，试

17、剂用量大，操作不便，难以大批量快速测定。 分光光度法分光光度法 以经典标准方法为基础，重铬酸钾氧化有机物物质，六价铬生成三价铬，通过六价铬或三价铬的吸光度值与水样COD 值建立的关系，来测定水样COD 值。采用上述原理，国外最主要代表方法是美国环保局EPA.Method 0410.4 自动的手动比色法、美国材料与试验协会ASTM：D12522000水的化学需氧量的测定方法B密封消解分光光度法和国际标准ISO157052002水质化学需氧量（COD）的测定小型密封管法。我国是国家环保总局统一方法快 速密闭催化消解法（含分光度法） 快速消解分光光度法快速消解分光光度法 化学需氧量（COD）测定方法

18、无论是回流容量法、快速法还是光度法，都是以是以重铬酸钾为氧化剂，硫酸银为催化剂，硫酸汞为氯离子的掩蔽剂，在硫酸酸性条件测定COD 消解体系为基础的测定方法。在此基础，人们为达到节省试剂减少能耗、操作简便、快速、准确可靠为目的开展了大量研究工作。快速消解分光光度法综合了上述各种方法的优点快速消解分光光度法快速消解分光光度法 ，是指采用密封管作为消解管，取小计量的水样和试剂于密封管中，放入小型恒温加热皿中，恒温加热消解，并用分光光度法测定COD 值；密封管规格为16mm 长度100mm150 mm壁厚度为1.0mm1.2 mm 的开口为螺旋口，并加有螺旋密封盖。该密封管具有耐酸，耐高温，抗压防爆裂

19、性能。一种密封管可作为消解用，称为消解管。另一种型密封管即可作为消解用，还可作为比色管用于比色用，称为消解比色管。小型加热消解器以铝块为加热体，加热孔均匀分布。孔径16.1mm，孔深50mm 100mm，设定的加热温度为消解反应温度。同时，由于密封管适宜的尺寸，消解反应液占据密封管适宜 快速消解分光光度法快速消解分光光度法 的空间比例。盛有消解反应液的密封管一部分插入加热器加热孔中，密封管底部恒定165温度加热；密封管上部高出加热孔而暴露在空间，在空气自然冷却下使管口顶部降到85左右；温度的差异确保了小型密封管中反应液在该恒温下处于微沸腾回流状态。紧凑的COD 反应器可放置25 只密封管。 快

20、速消解分光光度法快速消解分光光度法 采用密封管消解反应后，消解液转入比色皿可在一般光度计上测定，用密封比色管消解后可直接用密封比色管在COD 专用光度计上测定。在600nm 波长可测定COD 值为100mg/L1000mg/L 的试样，在440nm 波长处可测定COD 值为15mg/L250mg/L 的试样。该方法具有占用空间小，能耗小，试剂用量小，废液减到最小程度，能耗小，操作简便，安全稳定，准确可靠，适宜大批量测定等特点，弥补了经典标准方法的不足。生物需氧量 （biochemical oxygen demand）简写BOD，指表示水中有机化合物等需氧物质含量的一个综合指标。当水中所含有机物

21、与空气接触时，由于需氧微生物的作用而分解，使之无机化或气体化时所需消耗的氧量，即为生化需氧量。 生物需氧量 以毫克升表示。它是通过往所测水样中加入能分解有机物的微生物和氧饱和水，在一定的温度（20）下，经过规定天数的反应，然后根据水中氧的减少量来测定。我们一般采用的为BOD5 生物需氧量 生化耗氧量是“生物化学需氧量”的简称。常记为BOD，是指在一定期间内，微生物分解一定体积水中的某些可被氧化物质，特别是有机物质所消耗的溶解氧的数量。以毫克/升或百分率、ppm表示。它是反映水中有机污染物含量的一个综合指标。如果进行生物氧化的时间为五天就称为五日生化需氧量（BOD5），相应地还有BOD10、BO

22、D20 。生物需氧量 生化需氧量又称生化耗氧量，英文（biochemical oxygen demand）缩写BOD，是表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指标，它说明水中有机物出于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。其值越高，说明水中有机污染物质越多，污染也就越严重。加以悬浮或溶解状态存在于生活污水和制糖、食品、造纸、纤维等工业废水中的碳氢化合物、蛋白质、油脂、木质素等均为有机污染物，可经好气菌的生物化学作用而分解，由于在分解过程中消耗氧气，故亦称需氧污染物质。若这类污染物质排入水体过多，将造成水中溶解氧缺乏，同时，有机物又通过水中厌氧菌的分解引

23、起腐败现象，产生甲烷、硫化氢、硫醇和氨等恶臭气体，使水体变质发臭。 生物需氧量 污水中各种有机物得到完会氧化分解的时间，总共约需一百天，为了缩短检测时间，一般生化需氧量以被检验的水样在20下，五天内的耗氧量为代表，称其为五日生化需氧量，简称BOD5，对生活污水来说，它约等于完全氧化分解耗氧量的70%。 na2s406 中文名称： 连四硫酸钠 英文名称： SodiumTetrathionateDihydrate 别名： 连四硫酸钠二水 ；二水合四硫磺酸钠 分子式： Na2S4O6.2H2O 外观： 白色或近白色结晶粉末或晶体 na2s406 Na2S4O6是连四硫酸钠， 白色粉末，不稳定，既有氧

24、化性又有还原性 可用碘或过氧化氢氧Na2S2O3氧化成连四硫酸钠Na2S4O6 2 Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI 这个反应是容量分析碘量法的基础，其中 S 的氧化数为 2.5 。 连四硫酸钠还用作修饰剂，比如：生物酶、肽键的修复等试亚铁灵三维分子模型试亚铁灵 别名：1,10-菲咯啉;1，10-二氮杂菲;邻菲咯啉;1,10-菲罗啉 分子式：C12H8N2 分子量：180.21 试亚铁灵的性质性质 一水物为白色结晶性粉末。熔点93-94，无水物熔点为117，溶于300份水，70份苯，溶于醇和丙酮。 白色结晶性粉末，由水中结晶析出时带一分子结晶水，能蒸馏而不分解。 试亚

25、铁灵的分子结构分子结构试亚铁灵的用途用途n电镀添加剂，分析试剂。亚铁试剂以及氧化还原指示剂 n氧化还原指示剂,以及用作亚铁试剂 溶解氧的分布 4.6 中国近海的CO2和碳化学 东海的CO2和碳化学 南海的碳化学 东海的CO2和碳化学 包括东海的pH和总碱度，CO2的循环和通量，和碳循环模式 夏季，表层的pH分布有南高北低，东高西低的趋势，见图4.20；冬季表层水pH分布见图4.21。其最大区别是大陆架区夏季比冬季的pH高，这可能与冬季长江水量减少对海水pH的影响使之减弱有关。 东海的各水团通量、磷通量、氮通量和碳循环模式见图4.29-4.32。 对马海峡对马海峡 位于北太平洋西缘，日本群岛西南

26、端，对马岛与壹歧岛之间的水域。日本海通往中国东海、黄海和进出太平洋的要冲,交通战略位置重要。由东北向西南延伸，长222公里,最窄处41.6公里，水深50100米,最深可达131米。 对马海流对马海流 北太平洋着名的洋流黑潮的分支暖流流经此处，称之为对马海流。对马海流起源於日本群岛，经过日本海後，从邻近海参崴的库页岛分流入鞑靼海峡及北海道以北的宗谷海峡，再汇入卾霍次克海，最後穿过千岛群岛进入北太平洋。 黑潮区黑潮区 在日本本州以南的黑潮区域，温跃层位于500700米深度，温差10左右，基本上是稳定的水层，称为恒定温跃层或主温跃层。若用10等温面的深度分布来推断北太平洋主温跃层的深度，则对应于黑潮及其延伸体的南缘（于30N附近）最深，向南至赤道逐渐变浅，其北侧则急剧变浅。在东西方向上，偏西侧最深，向东缓慢变浅。在北大西洋，虽然湾流南侧比黑潮南侧深200300米，但却显示出与北太平洋类似的分布情况。 海洋的黑潮区 黑潮是太平洋